库仑定律教案

库仑定律教案（精选7篇）

库仑定律教案 篇1

教学目标：掌握库仑定律的内容，学会用库仑定理解题，了解生活中的静电现象。

教学重点：定性与定量的描述力与距离和电量的关系，库伦定理的内容及适用条件。

教学难点:库仑定理的适用条件，探究力与电量和距离关系的实验。教师：上一节课，我们探究一种新的性质力的产生条件，并对这一条件进行了认识，就是物体必须带有电荷。电荷的种类有哪些？起电方式？它们有什么样的相互作用规律？请同学们一起回顾以上所涉及到的知识。学生：回答

1、探究库仑定理

老师：我们研究一种性质的力，除了研究产生的条件，有时更关心的是它的大小，那么它的大小与哪些因素有关呢？这就是本节课所要学习的内容。

复习了相关知识，我们看几张图片更直观的了解带电体相互作用的性质。看到第一张图片我们可以想到语文中的一个成语，是什么呀？怒发冲冠对不对？只不过这里冲冠的原因是因为受到静电的作用，由于人与带电体都带上了同种电荷，在斥力的作用下，使人的头发竖起来了！我们再来看下一张图片，这是带电的塑料勺子，当靠近细流时，因为同种电荷相吸，使水流的方向发生偏转。我们看一下视频。……神奇吧，静电居然有这样的魔力。那想想，改变水流运动状态的原因是什么？ 学生：力

老师：嗯，非常正确。看了以上两张图，结合你们现有的知识，请同学们猜想一下两带电体之间的作用力与哪些因素有关呢？

同学：猜想电量、大小、形状，两电荷间的距离……探究实验好像就只针对电荷量与距离，没有考虑其他因素若他们猜想与质量有关 老师：同学们的猜想各有各的道理，但是其实实验已经以证明，当两个点电荷相距较远时，改变它的质量或体积都不会改变他们之间作用力的大小。那与距离以及电荷量对他们的作用力有何关系呢？

我们看一个动画（FLASH）。注意课本将这个内容的目的大家要认真观察，注意老师是怎么演示的！这是带电的固定小球A，金属小球通过细线悬挂在铁架台上，先后悬挂于P1、P2、P3位置，为了方便我们比较不同位置的偏转角度的大小关系，我们将小球在不同位置的三种状态呈现在同一张图上。同学们观察，此时三个位置的偏转角的变化情况是怎样的？ 学生：依次变小。

老师：嗯，对！那我们现在对小球进行受力分析。可以知道，F= 说明了偏转角度越大，它受到的力越（大）。那造成这个小球在不同位置受力大小不同原因是什么呢？ 学生：因为他们距带电体的距离不同。

老师：嗯，那是不是说明距离越小，力就越大。现在当老师将带电体靠近金属小球时，大家注意，偏转角度如何变化？学生：越来越小 老师：嗯，对，根据这个式子，说明力也是越来越（小）的！现在我们有一次说明了距离越小力越大，距离越大力越小！

老师：现在我们控制距离不变而去改变带电体的电量，看看会有什么现象？（改变小球电量）同学们，小球是不是在原来的偏转角下变得更（大）了。

老师：同学们，我们同样可以得到随着电荷量的增大力也会变得更大！

老师：我们定性地得出了力的大小的影响因素，是带电体之间的距离以及它们的电量。但是怎样得到他们之间的定量关系呢？关于这个问题，科学家们刚开始也不是很快明白的。其实对于任何一个物理规律探索的过程中，都不是一蹴而就的！是有很多物理学家不断地做实验，然后总结归纳，最后才走到成功的！同样库仑定理的发现亦如此！对库仑定理有贡献的首先是富兰克林。他做了一个空罐实验，有一个带电的金属桶，当以用细线悬挂的金属软木球靠近在金属外表面，会受到引力作用。但若将软木球放在桶内，不管软木球置于何处，都不受到电的吸引作用。当时，富兰克林百思不得其解。大约过了十年，富兰克林写信告诉他英国的朋友普利斯特里。普利斯特里核实了富兰克林的实验，并以非凡的洞察力领悟到通过这个实验可以得到电力反平方定律，因为当软木球放在很深的带电金属桶内时，没有电力作用在这个球上，这个事实是与没有万有引力作用于物质球壳内部的质点上这个事实相类似的。由于万有引力服从反平方定律，也许电力也服从反平方定律。

在上述实验事实和推测的启发下，库仑通过实验定量的测出电荷间作用力与距离、电荷量的关系，并最终得到库仑定律。

从库仑定律的发现历程中，我们可以看到，类比推理在科学研究中所起的作用是很大的。如果不是先有万有引力定律的发现，并利用类比推理进行合理猜想，单靠具体实验数据的积累，不知何年才能得到严格的库仑定律表达式。那同学们此时应该会问：库仑当年是如何定量的得出力与距离和电荷量的关系的呢？我们一起来看一下当年库仑做实验的装置——库仑扭秤。这个装置与当年卡文迪许测量引力常量的装置十分类似。

2、库仑的实验（学生自学，观看相关实验教学视频）

老师：首先我们来介绍库仑扭秤装置。纽秤的结构如图。在细银丝下悬挂一根绝缘棒，棒的一端是一个带电的小球A，另一端是一个不带电的球B，B与A所受的重力平衡，现在从容器正上方放入一固定小球C。为了研究带电体之间的作用力，先使A、C各带同种电荷，这时秤杆会因A端受力而偏转。此时银丝就会产生一个扭转力矩。那么悬丝的扭力矩等于施于小球A上电力的力矩。根据力矩平衡原理，可以知道在此距离下A、C之间的作用力。这就是扭秤装置的原理。那现在如果老师让同学们自己利用已有的知识来设计一个实验，你们又该如何得出力与距离以及电荷量的关系呢？设计实验，首先要确定的是用什么研究方法！那有多个变量影响的情况下，用什么方法？是不是与我们之前探究加速度与力和质量的关系所用的方法是一样的，是（控制变量法）。现在给大家两分钟思考一下。大家应该都有了自己的想法，只要合理就是可以的。现在我们给出一种方案，大家在看在看这个视频的时候，与自己的设计进行对比。如果有更好的，下课后和老师同学分享。这个视频中的实验在库困扭秤的基础上，对装置进行了改进，用杠杆平衡的方法，最终也定量的测出了力与距离、半径的关系。（我们先一起来认识一下这个实验装置。这是微量天平，这是滑道，滑道的右侧有一标尺，有两个完全相等的带电小球，一个装在微量天平的右侧，另一个装在滑道上，他可以在滑道上上下移动来改变两球的距离，距离的大小从标尺上读出。微量天平的左侧有一游码，可以左右移动，来维持衡量的水平。这个实验员操作是相当规范的，他将绝缘小球通过与人体接触，是之不带电。再让它和与它相同的小球相碰，从而使带电小球的电量减半。）看了这个视频，我们一起来回忆一下。先保持电量不变，改变两球之间的距离r，得出力与距离的平方成正比；然后控制距离不变，改变两球的带电量，得出力与电量的乘积成反比。而库仑当年也得到了这样的结论。

3、分析库仑定律内容 老师：阅读教材，库仑定律的内容是怎样叙述的。大家一起来阅读一遍。根据库仑定理内容，我们得出了其表达式。我们要明确每个字母所代表的物理意义。K值是静电力常量，大小为……请问K常量有没有单位？如果有，又给如何得出它的单位？通过表达式得出。我们来看一下应用库仑定律时应该注意哪些问题。同学们都知道电荷具有正负，但在计算力的大小时，为了避免出错，我们一般只带电荷的绝对值进行计算。至于力的方向，就直接通过同种电荷相互排斥异种电荷相互吸引来判断。

从库仑定律内容的表述中，我们看到该定理成立是有条件的。请你们画出库仑定理的条件。学生：阅读并画关键词。

老师：你们画出的关键词汇有哪些？***，你起来回答一下。学生：真空、静止、点电荷。

老师：嗯，也善于把握定理的条件。我们一起来理解一下。真空：库仑定律的适用条件是在真空，为什么其他介质不行呢？因为放在任何一个介质，在电荷的作用下都会被极化，产生的极化电荷会对我们带电物质的作用力产生影响。同学们也可以这样理解，不同的介质具有不同的k值，前面K的大小是在真空中的大小，对于其他介质，比如玻璃，K值就已经不是那么大了。所以不能用真空中的库仑定律公式来求其他介质中的静电力。现在观察库仑扭秤装置，他将带电体放在圆柱体的容器中，我们应该发现，库仑已经注意到减小空气方面的影响。前面看的那个视频，实验是在空气中做的。所以在空气中，高中阶段我们依然使用库仑定律的近似处理。

静止：当同学们深入学习就会明白，如果带电体具有相对运动，那运动的电荷会产生磁场，那他不仅会受到电场力，还会受到磁场力，所以库仑定律不再使用。

点电荷：这个请同学们自己来分析，怎样的带电体可以看做点电荷？点电荷类似力学中的质点，那怎样的物体可以看成质点呢？ 学生：当物体的形状大小相对于所研究的问题可以忽略是就可以看成质点。

老师：同样的道理，通过类比，我们知道在研究带电体间的相互作用时，如果带电体自身的大小远小于它们之间的距离．以至带电体自身的大小、形状及电荷分布状况对我们所讨论的问题影响甚小，相对来说可把带电体看作一带电的点，叫做点电荷。也就是说，点电荷和质点一样也是一种理想化的物理模型。

分析了库伦定理的的适用条件，应该对该定理有了更深的理解。其实任何规律的成立，都有其成立的特定条件。所以，在以后使用这些规律分析问题时，千万要注意：所研究问题是否与所使用规律的条件相符。同学们，如果有两个带点的小球不断靠近，力会不会变得无穷大呢？若学生说不会，那我应该问为什么呢？因为此时已经不能再看做点电荷了……对，也就是说不满足库伦定理的适用条件，所以不能再用表达式计算库仑力的大小。问题提问方式，不要自己不断解释（当他们的大小与两者间的距离相比不能忽略时，是不是此时就不满足库伦定理的适用条件了，因为此时在力的作用下改变了带点球体上的电荷分布，电荷不再均匀分布在带电体表面。在这种情况下，电荷就不能看成是集中在球心的点电荷。所以不能用公式计算力的大小。）删掉这段内容

下面我们来看一个例题，检验同学们掌握的情况……（）通过这道例题，同学们在应用库仑定律时应该会小心很多。同学们，普利斯特利从空罐实验的现象，受到了万有引力平方反 比定理的启发，进而猜想到库仑力的影响因素。物理学家们在探究的过程就一直认为库仑定律与万有引力定律有相似之处。而自然规律既具有多样性，又具有统一性，我们一起总结一下它们两者的不同点与相同点。你们觉得有哪些地方不同点呢？

学生：回答（公式、适用范围、影响力大小的因素、不同点）我们一起比较了万有引力定律与库仑定律，同学们在学习过程中，也要对各个知识点进行总结归纳以及对比。这样我们可以加深对所学知识的理解。我们知道任何有质量的两个物体之间都存在万有引力，那想想电荷间是不是既受到万有引力也受到静电力呢？那在研究微观带点力的相互作用力时，是否两者都要算呢？

下面我们来看一道题。左边的一组同学算万有引力，右边的同学算库仑力。告诉老师你们计算的结果。万有引力的大小？库仑力的大小？那我们将这两个力比一下，得出了库仑力比万有引力大得多！所以在研究微观带电粒子（电子、质子、离子、原子核等等）的相互作用时，由于微观粒子间的万有引力远小于库仑力，通常可以忽略微观粒子间的万有引力。

库仑定律教案 篇2

§4.6用牛顿运动定律解决实际问题二。其教学模式为:自主练习→实验演示→讲练结合。

二、教学目标 (认识、技能、情感)

(1) 知识技能:共点力的平衡, 平衡条件, 超重、失重。 (2) 过程与方法:由平衡到不平衡是一个过渡的过程, 要让学生在学习过程中建立起认知的规律;从一般规律到特殊规律。 (3) 情感、态度与价值观:帮助学生从物理走向社会, 掌握分析问题的科学方法。

三、重点与难点

(1) 重点:共点力作用下物体的平衡条件及应用, 发生超重、失重现象的条件及本质。 (2) 难点:共点力平衡条件的应用, 超重、失重现象的实质。

四、教具

多媒体教学设备, 体重计、弹簧秤、装满水的塑料瓶等。

五、板书设计与教学环节

(1) 学生学习活动的过程与内容:按环节设计自学、讨论、实践、探索、训练等内容。 (2) 教师导向激励示范等内容:精讲、启发、联系渗透等。

1. 共点力的平衡 (平衡状态)

2. 平衡条件:在共点力作用下物体的平衡条件是合力为0

(训练:教材P91题1、2)

平衡状态是指物体保持静止或匀速直线运动, 并不说若指某一时刻静止, 那这一时刻就是平衡状态。平衡状态是一个持续的过程, 或平衡状态是指加速度为0的状态。

例1:城市中的路灯, 无轨电车的供电线路等, 经常用三角形的结构悬挂。图1为这类结构的一种简化模型。图1中硬杆OB可绕通过B点且垂直于纸面的轴转动, 钢索和杆的重量都可忽略。如果悬挂物的重量为G, 角AOB等于θ, 钢索OA对O点的拉力和杆OB对O点的支持力各是多大? (1) 轻质细绳中的受力特点:两端受力大小相等, 内部张力处处相等。 (2) 轻质直杆仅两端受力时 (杆处于平衡状态) 的特点:这两个力必然沿杆的方向且大小相等。 (3) 节点O也是一理想化模型。

3. 超重与失重

那么, 什么是超重和失重呢?下面我们就来研究这个问题 (先播放一段视频增加学生的感性认识) 。

例2:如图2, 人站在电梯中, 人的质量为m。 (1) 人和电梯一同静止时, 人对地板的压力为多大? (2) 人随电梯以加速度a匀加速上升, 人对地板的压力为多大? (3) 人以加速度a匀减速下降, 这时人对地板的压力又是多大? (4) 人随电梯以加速度a (a

【解析 (1) 】求解人对地板的压力, 该题中如果选电梯为研究对象, 受力情况会比较复杂, 甚至无法解题。所以我们只能选人为研究对象, 那选人为研究对象能求解出人对电梯的压力吗?能!根据牛顿第三定律:作用力与反作用力是等大、反向的。只要求出电梯对人的支持力, 再根据牛顿第三定律就可求出人对电梯的压力。因为人是静止的, 所以合外力为0, 有:N=mg.

【解析 (2) 】以加速度a匀加速上升, 因为加速, 所以加速度方向与速度同向, 物体是上升的, 所以加速度方向也是向上的。有N=mg=ma圯N=ma+mg>mg, 看到了什么?人对地面的压力竟然会大于本身的重力?

【解析 (3) 】以加速度a匀减速下降, 因为减速, 所以加速度方向与速度反向, 物体是下降的, 所以加速度方向是向上的。有N=mg=ma圯N=ma+mg>mg.人对地面的压力还是大于本身的重力。

【解析 (4) 、 (5) 】学生自己分析解答, 不会有太大难度。 (4) (5) 两题加速度方向均向下, 合外力向下, 于是有N=mg=ma圯N=ma+mg>mg.当人加速上升和减速下降时, 人对地面的压力大于本身重力;当人加速下降和减速上升时, 人对地面的压力小于本身重力。物理学中分别把这两种现象叫做超重和失重。

【定义】:物体对支持物的压力 (或对悬挂物的拉力) 大于物体所受的重力, 这种现象叫做超重。物体对支持物的压力 (或对悬挂物的拉力) 小于物体所受的重力, 这种现象叫做失重。

观察实验视频。实验验证:大家可以利用身边的器材验证。实验1:用弹簧秤挂上钩码, 然后迅速上提和迅速下放。现象:在钩码被迅速上提的一瞬间, 弹簧秤读数突然变大;在钩码被迅速下放的一瞬间, 弹簧秤读数突然变小。体会为何用弹簧秤测物体重力时要保证在竖直方向且保持静止或匀速。实验2:学生站在医用体重计上, 观察下蹲和站起时秤的示数如何变化。实验前先让同学们思考示数会如何变化再去验证, 最后再思考。 (1) 在上升过程中可分为两个阶段:加速上升、减速上升;下蹲过程中也可分为两个阶段:加速下降、减速下降。 (2) 当学生加速上升和减速下降时会出现超重现象;当学生加速下降和减速上升时会出现失重现象。 (3) 出现超重现象时加速度方向向上, 出现失重现象时加速度方向向下。

【解析 (6) 】mg-N=mg圯N=mg-mg=0, 即当电梯对人没有支持力时, 人只受重力, 加速度大小为g, 做的是自由落体运动。同学们又看到了什么?人竟然可以对电梯没有压力?物理学中把这种现象叫做完全失重。

【定义】:如果物体正好以大小等于g方向竖直向下的加速度做匀变速运动, 这时物体对支持物、悬挂物完全没有作用力, 好像完全没有了重力作用, 这种状态是完全失重。

观看视频。问题: (1) 人随电梯能以加速度a (a>g) 匀加速下降吗?不可能, 最大只能是g. (2) 如瓶竖直向上抛出, 水会喷出吗?为什么?不会, 仍然完全失重。 (3) 发生超重和失重现象时, 物体实际受的重力是否发生了变化?没有。

4. 归纳总结

(1) 什么是超重 (失重) 现象? (2) 什么情况下会出现超重 (失重) 现象? (3) 为什么会出现超重 (失重) 现象?

【牢记】 (1) 超重和失重是物理现象; (2) 物体重力与运动状态无关, 不论物体处于超重还是失重状态, 重力不变; (3) 规律:物体具有竖直向上的加速度 (超重状态) 、物体具有竖直向下的加速度 (失重状态) 、超重还是失重由加速度方向决定, 与速度方向无关。

电荷、库仑定律、电场强度 教案 篇3

主要内容为电荷的基本概念、静电场的基本规律——库仑定律以及电场的描述。静电学是整个电磁学的基础，而本次课的内容涉及点电荷的基本模型和定量描述电场力的性质的思想方法，是整个静电学的基础。特别值得注意的是库仑定律是静电学两大基本定理—高斯定理和环路定理的理论基础。

授课对象在高中已经学习了点电荷的理想模型、真空中的库仑定律以及电场的描述。但是，学生对库仑定律的基础性地位可能不太清楚，对平方反比律的实验验证也没有什么了解。

1、掌握点电荷、电荷的量子化、电荷守恒定律、以及电场强度的概念；

2、掌握点电荷间相互作用的规律——库仑定律；

3、通过介绍利用任意带电体间的静电力，使学生深入理解叠加原理的思想；

4、通过简述验证平方反比关系的相关实验，向学生展示物理学之美。

1、库仑定律及其应用；

2、利用电场强度来描述电场。任意形状带电体间的静电力；

以问题讨论方法为主。以引导、分析、归纳、互动等方法辅助教学。多媒体、讲授

一、绪论（约5分钟）

通过简述19~20世纪人类在电磁学方面所取得的伟大成就，培养学生对物理的兴趣和热爱科学的思想。

二、课程导入（约6分钟）

知识回顾（电场中的电荷会受到力的作用）设问：如何定量描述电场力的性质？

三、新课展开（60分钟）概念：电荷

设问：带电体的电荷量和物体的质量一样可以连续变化吗？ 概念：电荷的量子化

设问：系统内的电荷迁移时总电荷量应遵循什么规律？ 定律：电荷守恒定律

设问：如何定量描述两个点电荷间的相互作用？

分析讨论库仑定律的主要内容及其实验验证。重点讨论如何利用叠加原理求任意带电体间的静电力。设问：电荷周围存在电场，该电场只与场源有关，如何描述这样的电场？ 概念：电场强度EF/q0

四、课堂讨论（10分钟）例题

五、小结（约3分钟）

六、拓展（约5分钟）

讨论题：最简单的带电体—点电荷产生的电场如何描述？任意带电体周围的电场呢？（为下次课打基础）

七、作业：（约1分钟）自编习题集（下册），练习一。

1、马文蔚主编．物理学（上、下册）．高等教育出版社，2000年

2、薛壮生．异性电荷间库仑平方反比律的验证．黑龙江大学自然科学学报，9（2），85，1992年

1、本次课的基本内容在高中都已经讲授，大学阶段讲授时主要强调用高等数学的知识解决一般性、而非特殊性问题；另外，叠加原理也是需要着力强调的重要物理思想。

2、点电荷间静电力的平方反比律体现了物理学的数学之美，在教学中应注意将万有引力定律与库仑定律类比。

库仑定律教案 篇4

一、教学目标

1．知识目标：

（1）理解和掌握物体跟外界做功和热传递的过程中W、Q、ΔU的物理意义。（2）会确定的W、Q、ΔU正负号。（3）理解热力学第一定律ΔU =W+Q（4）会用ΔU =W+Q分析和计算问题。

（4）理解能量守恒定律，能列举出能量守恒定律的实例；（5）理解“永动机”不能实现的原理。2．能力目标：

在培养学生能力方面，这节课中要让学生理解热力学第一定律ΔU =W+Q，并会用ΔU =W+Q分析和计算问题，培养学生利用所学知识解决实际问题的能力。

3．物理学方法教育目标：

能量守恒定律是自然科学的基本定律之一，应用能量守恒的观点来分析物理现象、解决物理问题是很重要的物理思维方法。

二、重点、难点分析

1．重点内容是热力学第一定律和能量守恒定律，强调能量守恒定律是自然科学中最基本的定律。学会运用热力学第一定律和能量守恒定律分析、计算一些物理习题。

2．运用能的转化和守恒定律对具体的自然现象进行分析，说明能是怎样转化的，对学生来说是有难度的。

三、教学方法

教师讲解，课件演示，指导学生看书

四、教具

计算机、大屏幕、自制多媒体课件

五、教学过程（－）引入新课

上节课我们学习了改变内能的两种方式，做功和热传递，那么它们之间有什么数量关系呢？以前我们还学习过电能、化学能等各种形式的能，它们在转化过程中遵守什么规律呢？这节课我们就来研究这些问题。

【板书】第六节

热力学第一定律

能量守恒定律

（二）进行新课

【板书】

一、做功W、热传递Q、内能变化ΔU的物理意义

1．做功：做功使物体内能发生变化，实质是能量的转化，是一种形式的能量向另一种形式的能转化。功是能量转化的量度。

2．热传递：是能量的转移，内能由一个物体传递给给另一个物体，传递的能量用Q表示。

3．内能的改变：是物体内所有分子动能和势能之和发生了变化，宏观表现在温度和体积上的变化。

【板书】

二、W、Q、ΔU正负号的确定

1．W，外界对物体做功，W取正值；物体对外界做功，W取负值。2．Q，物体吸热，Q取正值；物体放热，Q取负值。

3，ΔU，物体内能增加，ΔU取正值；物体减少，ΔU取负值。【板书】

三、W、Q、ΔU之间的关系

一个物体，如果它既没有吸收热量也没有放出热量，那么，外界对它做多少功，它的内能就增加多少．

一个物体，如果它既没有对外做功，也没有其他物体对它做功，那么，它从外界吸收多少热量，它的内能就增加多少．

如果外界既向物体传热又对物体做功，那么物体内能的增加量就等于物体吸收的热量和外界对物体做的功之和．用ΔU表示物体内能的增加量，用Q表示物体吸收的热量，用W表示外界对物体做的功，那么ΔU=Q+W 这个式子所表示的，内能的变化量跟功、热量的定量关系，在物理学中叫做热力学第一定律．

【例题】 一定量的气体从外界吸收了2.6×10J的热量，内能增加了4.2×10J．外界对气体做了多少功？

解

由(1)式得 W=ΔU－Q =4.2×10J－2.6×10J =1.6×10J 外界对气体做的功是1.6×10J． 思考与讨论

上题中，如果气体吸收的热量仍为2.6×10J，但是内能只增加了1.6×10J，计算结果W将为负值．怎样解释这个结果？一般地讲，ΔU、Q、W的正值和负值各代表什么物理意义？

【板书】

四、能量守恒定律

【课件演示】让学生先看几个能量转化的例子（增强感性认识）1．机械能与内能转化过程中能量守恒

（1）运动的汽车紧急刹车，汽车最终停下来。这过程中汽车的动能（机械能）转化为轮胎和路面的内能（假定这过程没有与周围物体有热交换，既不散热也不吸热）。摩擦力做了多少功，内能就增加多少。公式W=ΔE表示了做功与内能变化的关系，这公式也反映出做功过程中，机械能的损失数量恰好等于物体内能增加的数量。

（2）把一铁块放入盛有水的烧杯中，用酒精灯加热烧杯内水，直至水沸腾。在这一过程中，铁块从周围水中吸收了热量使它温度升高，内能增加。这过程中水的一部分内能通过热量传递使铁块内能增加。铁块吸收多少热量，它内能就增加多少。公式Q=ΔE表示吸收的热量与内能变化量的关系，也反映出铁块增加的内能数量与水转移给铁块的内能数量相等。

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5一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递过程，那么，外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q，等于物体内能的增加ΔE，即

W+Q=ΔE 上式所表示的是功、热量和内能之间变化的定量关系，同时它也反映了一个物体的内能增加量等于物体的机械能减少量和另外物体内能减少量（内能转移量）之和。进而说明，内能和机械能转化过程中能量是守恒的。

2．其他形式的能也可以和内能相互转化

（1）介绍其他形式能：我们学习过机械运动有机械能，热运动有内能，实际上自然界存在着许多不同形式的运动，每种运动都有一种对应的能量，如电能、磁能、光能、化学能、原子能等。

（2）不仅机械能和内能可以相互转化，其他形式能也可以和内能相互转化，举例说明：（同时放映幻灯片）

① 电炉取暖：电能→内能 ② 煤燃烧：化学能→内能 ③ 炽热灯灯丝发光：内能→光能

（3）其他形式的能彼此之间都可以相互转化。画出图表让学生回答分析：

3．能量守恒定律

大量事实证明：各种形式的能都可以相互转化，并且在转化过程中守恒。

能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体；在转化和转移过程中其总量不变．这就是能量守恒定律。

在学习力学知识时，学习了机械能守恒定律。机械能守恒定律是有条件限制的定律，而且实际现象中是不可能实现的。而能量守恒定律是存在于普遍自然现象中的自然规律。这规律对物理学各个领域的研究，如力学、电学、热学、光学等都有指导意义。它也对化学、生物学等自然科学的研究都有指导作用。

4．永动机不可能制成

历史上不少人希望设计一种机器，这种机器不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功。这种机器被称为永动机。虽然很多人，进行了很多尝试和各种努力，但无一例外地以失败告终。失败的原因是设计者完全违背了能的转化和守恒定律，任何机器运行时其能量只能从一种形式转化为另一种形式。如果它对外做功必然消耗能量，不消耗能量就无法对外做功，因而永动机是永远不可能制造成功的。

5．运用能的转化和守恒定律进行物理计算

例题：用铁锤打击铁钉，设打击时有80％的机械能转化为内能，内能的50％用来使铁钉的温度升高。问打击20次后，铁钉的温度升高多少摄氏度？已知铁锤的质量为1.2kg，铁锤打击铁钉时的速度是10m/s，铁钉质量是40g，铁的比热是5.0×10J/（kg·℃）。

首先让学生分析铁锤打击铁钉的过程中能量的转化。

归纳学生回答结果，指出铁锤打击铁钉时，铁锤的一部分动能转化为内能，而且内能中的一半被铁钉吸收，使它的温度升高。如果用ΔE表示铁钉的内能增加量，铁锤和铁钉的质量分别用M和m表示，铁锤打击铁钉时的速度用v表示。依据能的转化和守恒定律，有 5 铁钉的内能增加量不能直接计算铁钉的温度，我们把机械能转化为内能的数量等效为以热传递方式完成的，因此等效为计算打击过程中铁钉吸收多少热量，这热量就是铁钉的内能增加量。因此有

Q=cmΔt 上式中c为铁钉的比热，Δt表示铁钉的温度升高量。将上面两个公式联立，20Mv280%50%24℃ 得出t2cm经计算得出铁钉温度升高24℃。在这个物理计算过程中突出体现了如何应用能的转化和守恒定律这一基本原理。

应该注意，有的同学把上述题目中铁锤打击铁钉过程中的能量转化，说成“铁锤做功转化为热量”是不正确的。只能说做功与热传递在使物体内能改变上是等效的。

（三）课堂小结

热力学第一定律表示的是功、热量和内能之间变化的定量关系；自然界各种形式的能存在着相互转化过程，转化过程中总量是守恒的。能量守恒定律是自然界最基本的物理定律。

同学们要会分析一些自然现象中能是怎样转化的。

应该知道，根据能量守恒定律，永动机是不可能制造成功的。

通过课上的例题计算，学会运用能的转化和守恒定律解决物理问题的方法。

（四）说明

热力学第一定律和能量守恒定律是学生进入高中物理阶段后，第一次完整、细致地学习。此定律对今后学习物理是很重要的一个理论铺垫。教学上要重视，课堂上讲解要细致和透彻。

（五）布置作业

复习本节内容，完成练习六。

课后思考与讨论

有人设计了这样一台“永动机”：距地面一定高度架设一个水槽，水从槽底的管中流出，冲击一个水轮机，水轮机的轴上安装一个抽水机和一个砂轮．他指望抽水机把地面水槽里的水抽上去，这样循环不已，机器不停地转动，就可以永久地用砂轮磨制工件做功了(下图)．

请你分析一下，高处水槽中水的势能共转变成哪几种形式的能，说明这个机器是否能够永远运动下去． 阅读材料

高空的气温为什么低

研究大气现象时常常用到热力学第一定律．通常把温度、压强相同的一部分空气作为研究的对象，叫做气团，直径上千米．由于气团很大，边缘部分和外界的热交换对整个气团没有明显的影响，即(1)式中Q=0，所以气团的内能的增减只等于外界对它做功或它对外界做功的多少：

ΔU=W 阳光烤暖了大地，地面又使得下层的气团温度升高，密度减小，因而上升．上升时气团膨胀，推挤周围的空气，对外做功，因此内能减小，温度降低．所以，越 7 高的地方，空气的温度越低．对于干燥的空气，大约每升高1km温度降低7℃(图10－13)．

《加法运算定律》教案 篇5

教学目标：

1、知识与技能：使学生理解并掌握加法交换律和加法结合律，并能够用字母来表示加法交换律和结合律。

2、过程与方法：使学生经历探索加法交换律和结合律的过程，进行比较和分析，发现并概括出运算定律。

3、情感与态度：使学生在数学活动中获得成功的体验，进一步增强对数学的兴趣和信心，初步形成独立思考和探究问题的意识、习惯。教学重点：使学生理解并掌握加法交换律和加法结合律，能用字母来表示加法交换律和结合律。

教学难点：使学生经理探索加法结合律和交换律的过程，发现并概括出运算定律。教学准备：

课件。

教学过程：

一、创设情境，导入新课。

同学们，你们喜欢旅游吗？都去过哪呢？有什么感受？李叔叔和你们一样也喜欢旅行，他提倡环保，决定骑自行车去旅行一周，请看（出示2）

二、探索加法交换律：

1．在情境中初步感知加法交换律。你从场景中得到哪些信息？要求什么？

学生列式：40+56=96(千米)或56+40=96(千米)。

同样的一幅图，同样的一个问题，我们列出了两道不同的算式，其中40+56是用上午骑的路程加上下午骑的路程，“56+40”呢?

两道算式都表示把上午骑的路程和下午骑的路程合起来，所以都等于?(96千米)

两道算式得数相同，我们可以用“=”把它们连成一个等式。(屏示等式：40+56= 56+40)

2．观察等式，发现个案特点：

仔细看这个等式，你发现了什么?

3．举例验证，并简要表示规律。

是不是所有的加法算式都有这样的规律呢？当我们对这个发现有疑问时，怎么办？请同学们以小组为单位举例进行验证。生汇报交流(汇报时，教师在黑板上写出学生举出的等式：)像这样的等式你能再写几个吗?

追间：类似这样的等式能写完吗?(省略号。)虽然咱们写出的等式各不相同，但是仔细观察，它们却蕴藏着共同的规律，你发现了吗?交流一下。

师小结：两个数相加，交换加数的位置，和不变。

其实这个规律是我们今天学习的加法运算定律（板书）中一个重要的运算定律——加法交换律（板书）请看（出示3）

刚才，我们用语言把加法交换律表达了出来，其实，我们还可以用一些更为简洁的方式来表达，比如用汉字、图形、字母等写成等式，也能表示这样的规律，你能用自己喜欢的方式来表达吗?

4．用字母表示交换律：

刚才大家想出的等式都很好，不仅能把我们发现的加法交换律表示出来，而且比语言叙述更简洁。老师这也有三个小朋友和你们的想法一致，（出示4）分别用了文字、图形、字母表示了加法交换律。

在数学上，我们通常用字母a和b来表示两个加数，那么，加法交换律可以写成：a+b=b+a。（出示5）

加法交换律是我们的老朋友了，想一想，什么时候曾经用过它? 真棒！加法的验算就是运用了加法交换律的原则。

5．游戏巩固（对口令)。

三、探索加法结合律。

1．在情境中初步感知加法结合律。

同学们，你们真是太了不起了，不仅帮李叔叔解决了问题，还探讨出了加法交换律并能在游戏中运用它。李叔叔听说你们这么厉害，想再请你们帮个忙，愿意吗？请看（出示6）李叔叔需要咱帮什么忙？

在情境图中我们还能得到什么信息呢？根据你整理出来的信息，老师画了这个线段图来表示，第一段表示第一天骑了88千米，第二段表示第二天骑了104千米，第三段表示第三天骑了96千米。这总的呢就表示李叔叔三天一共骑了多少千米？

有三部分，你打算先求什么?可以怎样列式解答，动手试一试。

88+104+96=288（千米）你这样列式是先求什么，再求什么？为了明确表示先算前两个数，咱可以给它俩添个小括号。

还可以先求什么?(求第二天和第三天共骑了多少千米，再加上第一天骑的路程)现在算式怎么列?

88+（104+96）=288（千米），现在括号加在了什么位置?表示什么?(先算104加96)，也就是……

两道算式都能求出李叔叔三天骑的路程是288千米，两道算是结果相同我们就可以用等号把他们连成一个等式。（出示等号）

2．比较异同点。(屏示：(88+104)+96= 88+（104+96）)比较等号两边的算式，什么变了？什么没变?

三个加数不变，位置没变，运算顺序变了，结果不变。运算顺序发生了怎样的变化？

——第一道括号在前，表示先把前两个数相加，再和第三个数相加。

第二道括号在后，表示先把后两个数相加，再和第一个数相加： 那现在是不是隐隐约约发现了什么规律了呢？能说说吗？

左边是先把前两个数相加，再和第三个数相加，右边是?(先把后两个数相加再和第一个数相加)它们的和都怎么样?(不变)。

3．猜测规律，举例验证。

这个发现，会不会仅仅是一种巧合呢?如果换成其他的三个数相加，左右两边的得数还会相同吗?你能不能再举些例子来验证?同桌互相验证，全班汇报。

像这样举出的例子，被同桌证实和不变的举手！有没有同学举出的例子左右两边和不相同的?这样的例子能举完吗?(省略号)

5．归纳加法结合律。

看来，我们的发现不是巧合，三个数相加一定有规律！师生共同小结：三个数相加，可以先把前两个数相加，再和第三个数相加；也可以先把后两个数相加，再和第一个数相加，它们的和不变。师：这个规律又是我们今天要认识的另一个运算律——加法结合律。(板书：加法结合律)请看（出示7）

加法结合律也可以用字母来表示，现在需要几个字母?(3个，a、b、c)你能用字母把加法结合律表示出来吗？(板书：(a+b)+c=a+(b+c))

四、闯关游戏，巩固新知 第一关

现学现用

1． 你能在横线上填出合适的数吗？ 45+— =36+—

（27+38）+62=27+(—+—)560+(140+70)=(560+—)+—

18+(32+—)=(18+—)+24 第二关

火眼金睛

2．请把得数相同的算式连起来，并说说你的依据。

(1)83+315

A、64+（73+37）

(2)（87+42）+58

B、315+83

(3)（64+73）+37

C、87+(42+58)

第三关

快速反应

3.如果你认为屏幕上两个算式得数相同，你就起立证明自己的观点，看谁反应快！准备！

130+（70+4）

（130+70）+4

(84+68)+32

84+(68+23)（480+69）+425

480+（96+425）五．渗透简算意识。

计算比赛：一二两组算左边，三四两组算右边，不写过程，直接写得数，半分钟，看哪组速度最快！

45+(88+12)

(45+88)+12 时间到！停笔！我宣布，一二两组快！三四两组慢！老师这样评价，你们有话要说吗?尤其是三四两组！不公平?左边算式中先算88加12，正好凑成100。右边呢?(凑不成100)能凑整的快是吗? 好，再来一题!这次公平一点，自己选择，想算哪道就算哪道！师出示：75+(48+25)(75+25)+48

等于多少?你算的是哪道?为什么都选这道?因为先算75加25正好得到100。

库仑定律教案 篇6

首先是砂性土的库仑定律:τ=σtanφ

再是粘性土的库仑定律

见文献[1], 通过直接快剪试验探讨了非饱和红粘土和膨胀土的抗剪强度。

见文献[2-3], 推出了非饱和土有效应力原理的大气张力通用公式

大气张力通用公式中的符号如下:

σ为作用在土中任意面上的总应力 (自重应力与附加应力) , 在Z方向是计算点上面的土体中土固体颗粒、水、空气的重力以及地面荷载q和地面大气压强Pa的作用所产生的应力。

σ′为有效应力, 作用在同一平面的土骨架上 (包括结合水膜) 。

X为饱和度系数。

Bu为非饱和土的自由水通道率。

Uwa为计算点处绝对压强下的自由水压力, 作用在同一平面的自由水上, 按重力水、毛细水、角部毛细水的区别有不同的计算式。

Ua为计算点处 (绝对) 孔隙气压力, 作用在同一平面的孔隙气上。

-σF为表面张力垂直分量贡献应力。

1 文献[1]对非饱和红粘土和膨胀土的抗剪强度的试验成果

见文献[1], 试验所采用的土样取自大连大窑湾新港的红粘土和南京梅山的膨胀土, 进行了相同干密度、不同含水量的快剪试验。根据室内红粘土粒度分析结果, 粒径<0.005mm的含量平均为43.59%, 其中, 胶粒 (<0.002mm) 的颗粒含量达30%以上。有关主要参数特性列于表1, 主要试验结果列于表2和表3。

文献[1]的主要分析结果如下:

1) 土粒间的相互引力, 粘性土的颗粒细小, 粘粒占相当比例, 总的比表面积较大, 所以粒间的相互吸引力强。

2) 土粒具有结合水膜, 相邻土粒之间常由公共结合水膜连结起来, 表现为水膜连结。

3) 有些粘性土在长期的地质历史中受到一定的胶结。

其中, 粘性土颗粒间公共水化膜的连结力对凝聚力的产生具有重要的作用, 因而粘性土的凝聚力随着含水量的不同而变化较大。含水量越小, 公共水膜连结力越大, 凝聚力也越强, 所以干粘性土的抗剪强度相当高;反之, 含水量越大, 凝聚力越小, 抗剪强度也越低。而土的内摩擦角与土的颗粒结构、大小、形状及密实度密切相关, 如砂土的内摩擦角比粘性土大, 相同密度的粘性土塑性指数越小, 内摩擦角越大;塑性指数相当的粘性土密实度越大, 内摩擦角也越大。

2 大气张力抗拉强度通用公式与直接抗拉强度试验

见文献[4], 用直接抗拉强度试验研究膨胀土的抗拉强度, 其试样为5cm×2cm×0.6cm的条形试样。尺寸很小, 所以, 与大气压强相比, 试样中土固体颗粒、水、空气的重力可以忽略不计。下面, 在土样不扰动的前提下, 先讨论从野外地下某深度取回的土样与野外实际土体所受的重力、自由水的变化和相应的对策。

土样中固体颗粒、水、空气的重力, 与野外对比, 视为完全损失。

角部毛细水的水压力, 土样中视为保持不变。饱和水、其他毛细水, 在土样中变为悬挂毛细水, 因为土样很小, 上下表面张力可视为一样, 互相抵消, 加上重力忽略不计, 可以认为, 饱和水和其他毛细水, 土样中可以视为其相对水头 (不包括大气压强) 完全损失。

表面张力应力, 土样中视为保持不变。接下来, 讨论土的抗拉强度。

设抗拉强度为σl (对土样施加的拉力) , 有

σ=Pa-σl+土体重力, 忽略土体重力, 得:σ=Pa-σl

σ′为拉力, 用绝对值表示, 有:σ′=-|σ′|

代入式 (2) 得

整理得

式 (3) 为大气张力抗拉强度通用公式, 其中:|σ′|为真抗拉强度;{Pa-[BuUaw+ (1-X) Ua]}为水气不抵大气压强抗拉强度;σF为表面张力贡献抗拉强度。其中水气不抵大气压强抗拉强度, 是土体中自由水、孔隙气的浮力 (绝对压力) 不能全部抵消地面大气压力所导致的抗拉强度。

3 大气张力通用公式与库仑抗剪强度公式

3.1 大气张力通用公式与直接剪切强度试验

见图1, 是直接剪切试验的示意图, 土样的假定及对策见前面2所述, 设竖直方向为Z, 水平方向为X。

见图1 (a) , 可以得到初始抗剪强度C。注意, 虽然没有施加荷载P, 但相对于滑动摩擦及咬合摩擦的土粒接触点, 由于真抗拉强度、水气不抵大气压强抗拉强度、表面张力贡献抗拉强度的存在, 参式 (3) , 存在初始法向应力σ0。

加下标Z/是由于剪切破坏时, 上下土体相对错动直角变成了θ角, 竖直Z方向的结合水膜和收缩膜斜向伸长断裂, 而抗拉破坏是法向伸长断裂, 有区别。

由于X方向的结合水膜和收缩膜水平伸长断裂, 而Z方向的斜向伸长断裂, 显示真凝聚力

f (|σX′|+σFX) 表示X方向的结合水膜和收缩膜仅在剪切破坏缝宽范围内提供部分贡献, 是 (|σX′|+σFX) 的函数, 而不是全部。

另外, 按库仑定律 (1) , 初始法向应力σ0会产生初始摩擦抗剪强度Cσ0

综合整理得式 (7)

该式为大气张力库伦初始抗剪强度公式, 其中:

C0为真凝聚力。

Cσ0为初始摩擦抗剪强度, 来源于斜向真抗拉强度、水气不抵大气压强抗拉强度、斜向表面张力贡献抗拉强度产生的初始法向应力。

注意Uaw是土样按前面2的假定及对策规定的绝对压强下的自由水压力。

湿砂公式为式 (7) 的特例, 由于没有结合水膜, 所以

见图1 (b) , 与初始情况相比, 多施加了法向荷载P, 按库仑定律, 有

为大气张力库仑抗剪强度公式, 其中:C为初始抗剪强度, 包括真凝聚力和初始摩擦抗剪强度。σ为法向应力;φ为内摩擦角。

注意的是, 式 (9) 与库仑定律形式相同, 但含义比库仑定律扩大和具体化。

直接剪切试验最适用于角部毛细水土样, 且孔隙气与大气连通的工况, 其野外土体和土样除了所受重力外, 其他因素结合水膜、收缩膜、自由水、孔隙气的情况是一样的。如果是饱和土或其他毛细水, 野外土体和土样还存在自由水压力的情况不一样。

3.2 大气张力通用公式与三轴仪的抗剪强度试验

三轴仪的抗剪强度试验 (见文献[5]) 与直接剪切试验类似。但因为土样套在橡胶膜内, 又没有其他控制土样孔隙气和自由水的装置, 野外土体和土样差别比直接剪切的大些。

三轴仪的抗剪强度试验的破坏面是斜面, 对于初始抗剪强度C, 可以参式 (7) , 同样由真凝聚力C0和初始摩擦抗剪强度Cσ0组成, 但结合水膜、收缩膜相对于破坏面是斜向, 竖直Z和水平X方向的相应变量都参与并且有三角函数运算。

3.3 大气张力通用公式与GDS三轴仪的非饱和土抗剪强度试验

见文献[6], GDS三轴仪由控制器 (3台液压控制器分别控制轴向压力、围压和反压, 1台气压控制器控制孔隙气压) 、压力室和数据采集系统 (包括传感器、数据采集板和电脑) 3大部分组成。4台控制器与数据采集板和压力室相连, 通过水和气来传递压力。需注意的是, 反压控制器可以测量、控制试样中的孔隙水压力, 以及试样中孔隙水体积变化。

所以, 对于饱和水, 支持毛细水、悬挂毛细水等土体, 当掌握野外土体的自由水压力、含水量、孔隙气压力后, 就可以用GDS三轴仪进行土的抗剪强度试验。野外土体和土样除了所受重力外, 其他因素结合水膜, 收缩膜, 自由水、孔隙气的情况是一样的。

3.4 大气张力库仑抗剪强度公式与抗剪强度试验要点

前面3.1~3.3的抗剪强度试验得到的应用公式形式是一样的, 即:

大气张力库仑抗剪强度公式, 见前面的式 (9) :

τ=C+σtanφ其中,

C为初始抗剪强度, 包括真凝聚力和初始摩擦抗剪强度。

σ为法向应力;φ为内摩擦角。

其相关试验的要点如表4。

其中, q为地面均布荷载, rj为第j层土的重度, hj为第j层土的厚度, uw为计算点处的相对自由水压力。

4 大气张力库仑抗剪强度公式分析文献[1]的结果

红粘土、膨胀土的塑性指数都>17, 是粘土, 所有试样的含水量都小于塑限, 土中水基本为结合水。见文献[2]的结论和前面的2和3, 虽然土的干密度相同, 但随着含水量的减少, 结合水膜变薄, 黏土粒逐渐靠近, 吸引力加大, 土的真抗拉强度、水气不抵大气压强抗拉强度、表面张力贡献抗拉强度加大, 使真凝聚力C0加大;同时, 初始法向应力σ0加大, 从而加大初始摩擦抗剪强度Cσ0, 总的明显加大初始抗剪强度C。对于内摩擦角φ, 含水量减少并不增加滑动摩擦及咬合摩擦的土粒接触点, 仅一定程度减少粉粒 (包括砂粒) 接触点的润滑, 和加强黏土粒接触点的紧密, 所以其增长速度比初始抗剪强度C慢。

5 结论

a.推出了大气张力抗拉强度通用公式, 土的抗拉强度由真抗拉强度、水气不抵大气压强抗拉强度、表面张力贡献抗拉强度组成。

b.推出了大气张力库仑抗剪强度公式, 形式与库仑定律相同, 但含义比库仑定律扩大和具体化。初始抗剪强度C由真凝聚力C0和初始摩擦抗剪强度Cσ0组成。

c.对于粘土, 随着含水量的减少, 土的抗拉强度增大, 使真凝聚力和初始摩擦抗剪强度增大, 总的明显加大初始抗剪强度;对于内摩擦角, 并不增加滑动摩擦及咬合摩擦的土粒接触点, 仅一定程度减少粉粒 (包括砂粒) 接触点的润滑, 和加强黏土粒接触点的紧密, 所以其增长速度比初始抗剪强度慢。

参考文献

[1]杨庆, 贺洁, 栾茂田.非饱和红粘土和膨胀土抗剪强度的比较研究[J].岩土力学, 2003, 24 (1) .

[2]蒙理明.非饱和土有效应力原理的大气张力通用公式[J].建材世界, 2013, 34 (3) .

[3]蒙理明.非饱和土大气张力通用公式的相关变量初探[J].建材世界, 2013, 34 (3) .

[4]冉龙州, 宋翔东, 唐朝生.干燥过程中膨胀土抗拉强度特性研究[J].工程地质学报, 2011, 19 (4) .

[5]高大钊, 袁聚云, 谢永利.土质学与土力学[M].第3版.北京:人民交通出版社, 2001.

焦耳定律教案 篇7

学生在初中已经接触过焦耳定律的内容，为本节课的学习打下了一定的基础，但高中阶段将从电场力做功及能量转化和守恒等角度来研究焦耳定律，这对学生的学习提出了更高的要求。本节课所涉及的能量观点，是研究电学问题和其他物理问题的重要方法。另外，这一节的内容在实际中有广泛而重要的运用，不但是学习后续知识的基础，而且是学习电工的基础。所以，本节课不但是物理知识的传授课，更是物理方法和思想的渗透课。在教学中应该充分联系实际，以便巩固和加深对基本知识的理解，掌握实际问题中的原理。

教学目标

1.理解电功的概念，知道电功是指电场力对自由电荷所做的功，理解电功的公式，能进行有关的计算。

2.理解电功率的概念和公式，能进行有关的计算。

3.知道电功率和热功率的区别和联系。

4.通过推导电功的计算公式和焦耳定律，培养分析、推理能力。

5.通过电能与其他形式能量的转化和守恒，进一步培养辩证唯物主义的观点。

教学重点难点

电功和电热的计算是本节课的教学重点，围绕这个教学重点，具体实施教学时，会出现这样几个教学难点：电流做功的表达式的推导，纯电阻电路和非纯电阻电路在能量转化过程中的区别。

教学方法与手段

1.采用问题解决式，引导学生联系前面电场力的知识，推导电流做功的表达式。

2.密切联系实际，通过实例分析让学生明确各种电能与其他形式的能的转化情况。

3.进行演示实验，让学生明确纯电阻电路与非纯电阻电路在能量转化时的区别。

eq o(sup7，sdo5(课前准备))

教学媒体

投影仪、多媒体课件、滑动变阻器、小电风扇、电压表、电流表、电源、电键、导线。

知识准备

电场力对运动电荷做功的求法、欧姆定律。

eq o(sup7()，sdo5(教学过程))

导入新课

[事件1]

教学任务：创设情境，导入新课。

师生活动：

问题导入：

问题1：用电器通电后，可以将电能转化为其他形式的能量，请同学们列举生活中常用的用电器，说明其能量的转化情况。

参考示例：电灯把电能转化为内能和光能;电炉把电能转化为内能;电动机把电能转化为机械能;电解槽把电能转化为化学能。用电器把电能转化为其他形式能的过程，就是电流做功的过程。即电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程，在转化过程中，遵循能量守恒，即有多少电能减少，就有多少其他形式的能增加。

问题2：电流做功的多少及电流做功的快慢与哪些因素有关呢?

本节课我们学习关于电功和电功率的知识。

推进新课

[事件2]

教学任务：推导电流做功的表达式

师生活动：

思考并讨论：(多媒体打出画面)一段导体长为L，横截面积为S，电阻为R，在导体两端加上电压U，通过导体的电流为I。

图2.5-1 推导电流做功的表达式

(1)结合此模型说出电流做功实质上是怎样的?

参考答案：电流做功的实质是电路中电场力对定向移动的电荷做功。

(2)利用学过的知识，推导一下经过时间t，电流做的功。

可能出现的结果：学生无从下手。可通过问题引导学生思考并推导出公式来。

请同学们思考下列问题：

(1)电场力做功的定义式是什么?

(2)电流的定义式是什么?

参考答案：(1)在第一章里我们学过电场力对电荷的功，若电荷q在电场力作用下从A搬至B，AB两点间电势差为UAB，则电场力做功W=qUAB。

(2)电路中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流I，在时间t内，通过这段电路上任一横截面的电荷量q=It。这相当于在时间t内将这些电荷q由这段电路的一端移到另一端。

对于一段导体而言，两端电势差为U，把电荷q从一端搬至另一端，电场力的功W=qU，在导体中形成电流，且q=It(在时间间隔t内搬运的电荷量为q，则通过导体截面电荷量为q，I=q/t)，所以W=qU=IUt。这就是电路中电场力做功即电功的表达式。

结论：电功

(1)定义：电路中电场力对定向移动的电荷所做的功，简称电功，通常也说成是电流的功。

(2)表达式：W=IUt。

①物理意义：电流在一段电路上的功，跟这段电路两端电压U、电路中电流I和通电时间t成正比。

②适用条件：I、U不随时间变化——恒定电流。

③单位：焦耳(J) 1 J=1 V·A·s。

【注意】功是能量转化的量度，电流做了多少功，就有多少电能减少而转化为其他形式的能，即电功等于电路中电能的减少，这是电路中能量转化与守恒的关键。

[事件3]

教学任务：推导电功率的表达式。

师生活动：

问题引导：在相同的时间里，电流通过不同用电器所做的功一般不同。(例如，在相同时间里，电流通过电力机车的电动机所做的功要显著大于通过电风扇的电动机所做的功。)电流做功不仅有多少，而且还有快慢，如何描述电流做功的快慢呢?

参考答案：可以用单位时间内电流所做的功，即电功率表示做功的快慢。

结论：电功率。

(1)定义：单位时间内电流所做的功。

(2)表达式：P= eq f(W，t) =IU(对任何电路都适用)。

(3)单位：瓦特(W)，1 W=1 J/s。

【说明】电流做功的“快慢”与电流做功的“多少”不同。电流做功快，但做功不一定多;电流做功慢，但做功不一定少。

(4)额定功率和实际功率

额定功率：用电器正常工作时所需电压叫额定电压，在这个电压下消耗的功率称额定功率。

实际功率：用电器在实际电压下的功率。实际功率P实=IU，U、I分别为用电器两端实际电压和通过用电器的实际电流。

【说明】最后应强调：推导过程中没用到任何特殊电路或用电器的性质，电功和电功率的表达式对任何电压、电流不随时间变化的电路都适用。再者，这里W=IUt是电场力做功，是消耗的总电能，也是电能所转化的其他形式能量的总和。

[事件4]

教学任务：焦耳定律

师生活动：

思考并讨论：电流在通过导体时，导体要发热，电能转化为内能。这就是电流的热效应，那么，电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关呢?

结论：英国物理学家焦耳，经过长期实验研究后提出焦耳定律。

(1)焦耳定律：电流通过导体产生的热量，跟电流的平方、导体电阻和通电时间成正比。

表达式：Q=I2Rt。

(2)热功率：单位时间内的发热量，即P=Q/t=I2R。

思考并讨论：电路中电流对导体做的功是否等于导体内产生的热量呢?

可能出现的结果：学生一般认为，W=IUt，又由欧姆定律，U=IR，所以得出W=I2Rt，电流做这么多功，所以，放出热量Q=W=I2Rt。

这里有一个错误：Q=W，可通过问题引导学生思考并找出来：

●何以见得电流做功全部转化为内能增量?有无可能同时转化为其他形式能?

●什么电路中Q=W?什么电路中W≠Q?(W>Q)?为什么?举实例

●欧姆定律I= eq f(U，R) 及变形公式适用条件是什么?为什么?

参考答案：

(1)电流有可能转化为其他形式的能。如：电吹风、电解槽、电池。

(2)对纯电阻电路(只含白炽灯、电炉等电热器的电路)中电流做功完全用于产生热，电能转化为内能，故电功W=Q，这时W=Q=UIt=I2Rt;关于非纯电阻电路中的能量转化，电能除了转化为内能外，还转化为机械能、化学能等，这时W>Q，即W=Q+E其他或P=P热+P其他、UI=I2R+P其他。

(3)欧姆定律I= eq f(U，R) 及变形公式适用条件是纯电阻电路。